واسنجی ضرایب معادله آنگستروم– پرسکات در ایستگاه‌های منتخب حوضه آبریز دریاچه ارومیه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آبیاری و زهکشی، دانشگاه ارومیه

2 گروه مهندسی آب دانشگاه ارومیه

چکیده

تخمین صحیح تبخیر- تعرق مرجع (ETo)، مستلزم برآورد دقیق مقادیر تابش خورشیدی (RS) می­باشد. مدل­های بسیاری برای برآورد تابش خورشیدی وجود دارد، به طوری که یکی از این روابط، معادله آنگستروم– پرسکات (A-P) است. دقت معادله آنگستروم– پرسکات در تخمین میزان تابش خورشیدی، به دقت برآورد ضرایب a و b معادله مذکور بستگی دارد. هدف تحقیق حاضر، بررسی دقت مدل­های تخمین ضرایب معادله A-P و تأثیر آن‌ها در میزان تابش خورشیدی و تبخیر- تعرق مرجع بود. برای این منظور، داده­های هواشناسی 4 ایستگاه سینوپتیک ارومیه، تکاب، مهاباد و سلماس در حوضه آبریز دریاچه ارومیه طی سال­های 1377 تا 1387 در مقیاس روزانه استفاده گردید. مدل­های مورد استفاده در تعیین ضرایب معادله آنگستروم– پرسکات شامل مدل­های بر پایه متوسط سالانه ساعات آفتابی نسبی ، ارتفاع از سطح دریا و ، ارتفاع از سطح دریا و عرض جغرافیایی و ، ارتفاع از سطح دریا و عرض جغرافیایی، متوسط سالانه دمای هوا و ارتفاع از سطح دریا بودند. ضرایب به ‌دست آمده به منظور محاسبه میزان تابش خورشیدی در رابطه آنگستروم– پرسکات قرار گرفت و سپس تبخیر- تعرق مرجع با استفاده از معادله فائو- پنمن- مونتیث محاسبه گردید. به منظور ارزیابی دقت مدل­ها از شاخص­های آماری RMSE، MBE، MPE و R2 استفاده شد. نتایج ارزیابی مدل­ها نشان داد که مدل بر پایه متوسط سالانه ساعات آفتابی نسبی  (مدل Rietveld)، دارای بهترین عملکرد در برآورد ضرایب معادله آنگستروم– پرسکات در تمامی ایستگاه­ها بود. مقدار متوسط شاخص­های RMSE،MBE ، MPE و R2 برای مقادیر تبخیر-تعرق مرجع واقعی و تبخیر- تعرق مرجع حاصل از ضرایب مدل مذکور به ترتیب mm/day 33/0 و  25/0، 27/6% و 9977/0 به دست آمد. در نهایت ضرایب به دست آمده از مدل منتخب، 26/0 a = و      43/0 b=، به عنوان ضرایب معادله آنگستروم-پرسکات در ایستگاه­های مورد مطالعه پیشنهاد گردیدند

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Calibration of Angstrom-Prescott Equation Coefficients in the Selected Stations of Urmia Lake Watershed

نویسندگان [English]

  • Saeid Mehdizadeh 1
  • Javad Behmanesh 2
1 Ph.D. Student of Irrigation and Drainage, Urmia University, Iran
2 Assistant pro. Of Urmia university
چکیده [English]

Correct estimation of reference evapotranspiration (ETo) needs to estimate accurate solar radiation values. There are many models to estimate solar radiation so that one of these relationships is Angstrom-Prescott (A-P) equation. The accuracy of Angstrom-Prescott equation in estimating solar radiation value depends on the estimation accuracy of a and b coefficients of the mentioned equation. The purpose of the present research was to investigate the accuracy of models for estimating coefficients in A-P equation and their effects in the solar radiation and reference evapotranspiration values. To do this purpose, the meteorological data of four synoptic stations including Urmia, Takab, Mahabad and Salmas in the Urmia lake watershed in the daily scale from 1998 to 2008 were used. The models which used for the determination of Angstrom-Prescott equation coefficients were included models based on the annual average of relative sunshine hours , elevation and , elevation and latitude and , elevation and latitude, annual average of air temperature, elevation. The obtained coefficients were used to compute the solar radiation values in Angstrom-Prescott equation and then reference evapotranspiration was calculated by FAO-Penman-Monteith equation. To evaluate the models accuracy, statistical indices including RMSE, MBE, MPE and R2 were used. The evaluation results of the models showed that the model based on annual average of relative sunshine hours  (Rietveld model) had the best performance in determining the coefficients of Angstrom-Prescott equation. The average values of RMSE, MBE, MPE and R2 indices for actual reference evapotranspiration and reference evapotranspiration obtained from coefficients of mentioned model were found 0.33 and 0.25 mm/day, 6.27% and 0.9977, respectively. For Angstrom-Prescott equation coefficients from selected model, a=0.26 and b=0.43 were suggested in the studied stations in the Urmia lake watershed

کلیدواژه‌ها [English]

  • Angstrom-Prescott
  • Reference Evapotranspiration
  • Solar Radiation
  • Sunshine Hours

آقاشریعتمداری، ز.، ع. خلیلی، پ. ایران نژاد و ع. لیاقت. 1390. واسنجی و تغییرات سالانه ضرایب رابطه آنگستروم-پرسکات (a و b) در مقیاس­های زمانی مختلف (مطالعه موردی: ایستگاه تهران شمال (اقدسیه). نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). جلد 25، شماره 4، ص 911-905.

علیزاده، ا. و ن. خلیلی. 1388. تعیین ضرایب معادله آنگستروم و توسعه یک معادله رگرسیونی برآورد تابش خورشیدی (مطالعه موردی: منطقه مشهد). مجله آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، جلد 23، شماره 1، ص 238-229.

 Abraha, M. G. and M. J. Savage. 2008. Comparison of estimates of daily solar radiation from air temperature range for application in crop simulations. Agricultural and Forest Meteorology, 148(3): 401–416.

Allen, R. G. 2000. Using the FAO-56 dual crop coefficient method over an irrigated region as part of an evapotranspiration intercomparison study. Journal of Hydrology, 229(1–2): 27–41.

Allen, R. G., L. S. Pereira, D. Raes and M. Smith. 1998. Crop Evapotranspiration-Guidelines for Computing Crop Water  Requirements. FAO Irrigation and drainage paper 56. United Nations Food and Agriculture Organization, Rome.

Almorox, J. and C. Hontoria. 2004. Global solar radiation estimation using sunshine duration in Spain. Energy Conversion and Management, 45(9–10): 1529–1535.

Angstrom, A. 1924. Solar and terrestrial radiation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 50: 121–125.

Bahel, V., R. Srinivasan and H. Bakhsh. 1987. Statistical comparison of correlations for estimation of global horizontal solar radiation. Energy, 12(12): 1309–1316.

Bristow, K. L. and G. S. Campbell. 1984. On the relationship between incoming solar radiation and daily maximum and minimum temperature. Agricultural and Forest Meteorology, 31(2): 159–166.

Chen, D. L., G. Gao, C. Y. Xu, J. Guo and G. Y. Ren. 2005. Comparison of the Thornthwaite method and pan data with the standard Penman–Monteith estimates of reference evapotranspiration in China. Climate Research, 28(2): 123– 132.

Ehnberg, J. S. G. and M. H. J. Bollen. 2005. Simulation of global solar radiation based on cloud observations. Solar Energy, 78(2): 157–162.

Ertekin, C. and O. Yaldiz. 2000. Comparison of some existing models for estimating global solar radiation for Antalya (Turkey). Energy Conversion and Management, 41(4): 311–330.

Fisher, J. B., T. A. DeBiase, Y. Qi, M. Xu and A. H. Goldstein. 2005. Evapotranspiration models compared on a Sierra Nevada forest ecosystem. Environmental Modelling & Software, 20(6): 783–796.

Frere, M., J. Q. Rijks and J. Rea.  1978. Estudio agro-climatologico de la zona andina, Informe tecnico, FAO/UNESCO/OMM, Rome.

Gopinathan, K. K.  1988a. A simple method for predicting global solar radiation on a horizontal surface. Solar & Wind Technology, 5(5): 581–583.

Gopinathan, K. K.  1988b. A general formula for computing the coefficients of the correlation connecting global solar radiation to sunshine duration. Solar Energy, 41(6): 499–502.

Hunsaker, D. J., P. J. Pinter and H. Cai. 2002. Alfalfa basal crop coefficients for FAO-56 procedures in the desert regions of the southwestern US. Transactions of the ASAE, 45(6): 1799–1815.

Jin, Z., W. Yezheng and Y. Gang. 2005. General formula for estimation of monthly average daily global solar radiation in China. Energy Conversion and Management, 46(2): 257–268.

Liu, D. L. and B. J. Scott. 2001. Estimation of solar radiation in Australia from rainfall and temperature observations. Agricultural and Forest Meteorology, 106(1): 41–59.

Liu, X., X. Mei, Y. Li, Q. Wang, Y. Zhang and J. R. Porter. 2009. Variation in reference crop evapotranspiration caused by the Angstrom–Prescott coefficient: locally calibrated versus the FAO recommended. Agricultural Water Management, 96(7): 1137–1145.

Liu, X., Y. Xu, X. Zhong, W. Zhang, J. R. Porter and W. Liu. 2012. Assessing models for parameters of the Angstrom-Prescott formula in China. Applied Energy, 96: 327-338.

Nguyen, B. T. and T. L. Pryor. 1997. The relationship between global solar radiation and sunshine duration in Vietnam. Renewable Energy, 11(1): 47–60.

Niu, Z. G., B. G. Li, F. R. Zhang and H. W. Chen. 2002. A distributed model of reference evapotranspiration based on the DEM. Advances in Water Science, 13(3): 303–307 (in Chinese).

Penman, H. L. 1956. Evaporation an Introductory Survey. Netherlands Journal of Agricultural Science, (4): 9-29.

Prescott, J. A. 1940. Evaporation from water surface in relation to solar radiation. Transactions of the Royal Society of South Australia, 64: 114–125.

 

Rehman, S. 1998. Solar radiation over Saudi Arabia and comparisons with empirical models. Energy, 23(12): 1077–1082.

Rietveld, M. R. 1978. A new method for estimating the regression coefficients in the formula relating solar radiation to sunshine. Agricultural Meteorology, 19(2-3): 243–252.

Samuel, T. D. M. A. 1991. Estimation of global radiation for Sri Lanka. Solar Energy, 47(5) :333–337.

Soler, A. 1990. Statistical comparison for 77 European stations of 7 sunshine-based models. Solar Energy, 45(6): 365–370.

Wu, S., Y. Yin, D. Zheng and Q. Yang. 2006. Moisture conditions and climate trends in China during the period 1971–2000. International Journal of Climatology, 26(2): 193–206.

Yin, Y., S. Wu, D. Zheng and Q. Yang. 2008. Radiation calibration of FAO56 Penman–Monteith model to estimate reference crop evapotranspiration in China. Agricultural Water Management, 95(1): 77-84.